package com.mj.listen1._10_Map映射.map;

import java.util.Comparator;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

/**
 * TreeMap结构，是一颗红黑树
 * 键不可为null、值可以为null
 */
public class TreeMap<K, V> implements Map<K, V> {

    private static final boolean RED = false;
    private static final boolean BLACK = true;

    protected int size;
    // 根节点
    protected Node<K, V> root;

    /**
     * 默认使用比较器比较，比较器更灵活，由使用者来定义
     */
    private Comparator<K> comparator;

    public TreeMap() {

    }

    public TreeMap(Comparator<K> comparator) {
        this.comparator = comparator;
    }

    // 元素的数量
    @Override
    public int size() {
        return size;
    }

    // 是否为空
    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    // 清空所有元素
    @Override
    public void clear() {
        root = null;
        size = 0;
    }

    @Override
    public V put(K key, V value) {
        keyNotNullElement(key);

        // 第一次添加
        if (root == null) {
            root = new Node<>(key, value, null);
            size++;
            // 新添加节点之后的处理
            afterPut(root);
            return null;
        }

        // 不是第一次添加。需要区分添加的元素与当前节点的值哪个大。
        // 比当前节点的值大了往右找，小了往左找
        // 寻找添加节点的父节点
        Node<K, V> node = root;
        // 记录父节点
        Node<K, V> parent = root;
        int com = 0;
        while (null != node) {
            com = compare(key, node.key);
            parent = node;
            if (com < 0) {
                // 往左边找
                node = node.left;
            } else if (com > 0) {
                node = node.right;
            } else {
                // 相等，直接覆盖该节点的元素
                V oldV = node.value;
                node.key = key;
                node.value = value;
                return oldV;
            }
        }

        // 把元素放入到二叉搜索树上
        // 插入到左边还是右边，依然是根据 compare(element, node.element);结果
        Node<K, V> newNode = new Node<>(key, value, parent);
        if (com < 0) {
            // 插入到左边
            parent.left = newNode;
        } else {
            // 插入到右边
            parent.right = newNode;
        }
        size++;
        afterPut(newNode);
        return null;
    }

    @Override
    public V get(K key) {
        Node<K, V> node = node(key);
        return node != null ? node.value : null;
    }

    @Override
    public V remove(K key) {
        return remove(node(key));
    }

    @Override
    public boolean containsKey(K key) {
        return node(key) != null;
    }

    @Override
    public boolean containsValue(V value) {
        if (root == null) return false;
        // 层序遍历
        Queue<Node<K, V>> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer(root);

        while (!queue.isEmpty()) {
            Node<K, V> node = queue.poll();
            if (valEquals(value, node.value)) {
                // 说明存在
                return true;
            }

            if (node.left != null) {
                queue.offer(node.left);
            }

            if (node.right != null) {
                queue.offer(node.right);
            }
        }

        return false;
    }

    @Override
    public void traversal(Visitor<K, V> visitor) {
        // 遍历
        if (visitor == null) return;
        // 使用中序遍历
        traversal(root, visitor);
    }

    private void traversal(Node<K, V> node, Visitor<K, V> visitor) {
        if (node == null || visitor.stop) return;

        traversal(node.left, visitor);
        if (visitor.stop) return;
        visitor.visit(node.key, node.value);
        traversal(node.right, visitor);
    }

    private V remove(Node<K, V> node) {
        if (node == null) return null;
        size--;

        // 存储oldV
        V oldV = node.value;

        // 删除的节点度为2
        // ---找到节点的后继节点，后继节点分2种情况：度为0(叶子节点)，度为1(如果度为2，一定还会往下继续找)
        // 后继节点值覆盖要删除节点的值；删除掉找到的后继节点，删除后继几点转换为删除度为1或者为0的节点了
        if (node.hasTwoChildren()) {
            // 要删除节点度为2
            // 找到节点的后继节点
            Node<K, V> successor = successor(node);
            // 值覆盖
            node.key = successor.key;
            node.value = successor.value;
            // successor变为新的要被删除的节点
            node = successor;
        }

        // 删除的节点度为1：
        Node<K, V> replaceNode = node.left != null ? node.left : node.right;// 替代者
        if (replaceNode != null) {// 删除节点度为1
            // 删除节点的父节点指向删除节点的父节点
            replaceNode.parent = node.parent;
            if (node.parent == null) {
                // 删除的是根节点，改变root指向
                root = replaceNode;
            }
            if (node == node.parent.left) {
                // 删除节点在左边
                node.parent.left = replaceNode;
            } else {
                // 删除节点在右边
                node.parent.right = replaceNode;
            }
            // ---有左子树：child.parent = node.parent;node.parent.left = child
            // ---有右子树：child.parent = node.parent;node.parent.right = child;

            // 删除以后的调整
            afterRemove(node, replaceNode);
        } else if (node == root) {// 删除的节点度为0
            // 删除的节点度为0，且是根节点
            node.parent = null;
            root = null;

            // 删除以后的调整
            afterRemove(node, null);
        } else {// 删除的节点度为0，是叶子节点
            if (node == node.parent.left) {
                // 节点在左侧
                node.parent.left = null;
            } else {
                // 节点在右侧
                node.parent.right = null;
            }
            // 删除以后的调整
            afterRemove(node, null);
        }
        return oldV;
    }

    private void afterRemove(Node<K, V> node, Node<K, V> replaceNode) {
        // 如果删除的节点是红色
        if (isRed(node)) {
            return;
        }

        // 用于取代node的子节点是红色
        if (isRed(replaceNode)) {
            // 直接把取代的节点染成黑色
            black(replaceNode);
            return;
        }

        Node<K, V> parent = node.parent;
        // 删除的是根节点
        if (parent == null) return;

        // 删除黑色的叶子节点(肯定会下溢)
        // 判断被删除的node是左还是右(如果直接通过sibling()方法,拿到的不准确,因为在remove方法中已经将node置为null了,然后才调用的afterRemove
        // 判断被删除的节点在左边还是右边
        // parent.left == null 被删除节点在左边，node.isLeftChild()表示
        boolean isLeft = parent.left == null || node.isLeftChild();//
        // 拿到兄弟节点
        Node<K, V> sibling = isLeft ? parent.right : parent.left;
        if (isLeft) {// 被删除的节点在左边，兄弟节点在右边
            if (isRed(sibling)) {// 兄弟节点是红色，旋转为兄弟节点是黑色
                black(sibling);
                red(parent);
                rotateL(parent);
                sibling = parent.right;
            }

            // 走到这里，兄弟节点必然是黑色

            if (isBlack(sibling.left) && isBlack(sibling.right)) {// 表示node的黑兄弟节点的left,right子节点都是黑节点
                // 兄弟节点没有一个红色子节点(不能借一个节点给你), 父节点要向下跟node的兄弟节点合并
                boolean parentBlack = isBlack(parent);// parent是否是黑色
                black(parent);// 父亲染成黑色
                red(sibling);// 兄弟染成红色
                if (parentBlack) {
                    // 如果本身parent是黑色，需要重复执行afterRemove
                    afterRemove(parent, null);
                }
            } else {
                // 表示兄弟节点至少有一个红色子节点,可以向被删除节点的位置借一个节点
                if (isBlack(sibling.right)) {
                    rotateR(sibling);
                    // sibling变更
                    sibling = parent.right;// 因为旋转之后,要更改node的sibling,才能复用下面的染色代码.不然出现bug
                }

                // 统一处理旋转

                // 旋转之后的左右节点染为BLACK。
                color(sibling, colorOf(parent));// 旋转之后的中心节点继承parent的颜色。
                black(sibling.right);
                black(parent);
                rotateL(parent);
            }
        } else {// 被删除的节点在右边，兄弟节点在左边
            if (isRed(sibling)) {// 兄弟节点是红色，旋转为兄弟节点是黑色
                // sibling染成BLACK，parent染成RED，进行旋转。
                black(sibling);
                red(parent);
                rotateR(parent);// 旋转之后,改变兄弟节点,然后node的兄弟节点就为黑色了
                sibling = parent.left;// 兄弟节点变更
            }

            // 走到这里，兄弟节点必然是黑色

            if (isBlack(sibling.left) && isBlack(sibling.right)) {// 表示node的黑兄弟节点的left,right子节点都是黑节点
                // 兄弟节点没有一个红色子节点(不能借一个节点给你), 父节点要向下跟node的兄弟节点合并
                /*
                    首先这里要判断父节点parent的颜色(如果为parent为红色,则根据B树红色节点向其黑色父节点合并原则,parent向下合并,肯定不会
                    发生下溢; 如果parent为黑色,则说明parent向下合并后,必然也会发生下溢,这里我们当作移除一个叶子结点处理,复用afterRemove
                */
                boolean parentBlack = isBlack(parent);// parent是否是黑色
                black(parent);// 父亲染成黑色
                red(sibling);// 兄弟染成红色
                if (parentBlack) {
                    // 如果本身parent是黑色，需要重复执行afterRemove
                    afterRemove(parent, null);
                }
            } else {
                // 表示兄弟节点至少有一个红色子节点,可以向被删除节点的位置借一个节点
                // 兄弟节点的左边是黑色, 先将兄弟节点左旋转; 旋转完之后和后面两种的处理方式相同,都是再对父节点进行右旋转
                if (isBlack(sibling.left)) {
                    rotateL(sibling);
                    // sibling变更
                    sibling = parent.left;// 因为旋转之后,要更改node的sibling,才能复用下面的染色代码.不然出现bug
                }

                // 统一处理旋转

                // 旋转之后的左右节点染为BLACK。
                color(sibling, colorOf(parent));// 旋转之后的中心节点继承parent的颜色。
                black(sibling.left);
                black(parent);
                rotateR(parent);
            }
        }
    }

    /**
     * 根据传入的节点, 返回该节点的后驱节点 (中序遍历)
     *
     * @param node
     * @return
     */
    protected Node<K, V> successor(Node<K, V> node) {
        if (node == null) return node;

        Node<K, V> p = node.right;
        if (p != null) {
            while (p.left != null) {
                p = p.left;
            }
            return p;
        }

        // node.right为空
        while (node.parent != null && node == node.parent.right) {
            node = node.parent;
        }

        return node.parent;
    }

    // 值是否相等判断
    private boolean valEquals(V v1, V v2) {
        // 如果v1==null,说明为true, 走v2==null, v2等于null的话, 说明v1和v2相等, v2不等于空的话, 返回false
        // 如果v1!=null, 直接判断v1.equals(v2)是否相等
        return v1 == null ? v2 == null : v1.equals(v2);
    }

    // 根据元素获取某个节点
    private Node<K, V> node(K key) {
        if (key == null) return null;
        // 从root开始寻找
        Node<K, V> node = root;
        while (node != null) {
            int com = compare(key, node.key);
            if (com == 0) {
                // 找到后返回
                return node;
            } else if (com < 0) {
                // element 小于 node.element 往节点的左边找
                node = node.left;
            } else {
                // element 大于 node.element 往节点的右边找
                node = node.right;
            }
        }
        // node = null
        return null;
    }

    private int compare(K key1, K key2) {
        if (comparator != null) {
            return comparator.compare(key1, key2);
        }
        // 二叉搜索树必须具备可比较性。没有实现比较器的话，使用自带的Comparable的compareTo接口
        return (((Comparable<K>) key1).compareTo(key2));
    }

    private void afterPut(Node<K, V> node) {
        Node<K, V> parent = node.parent;
        if (parent == null) {
            // 添加的节点是根节点
            black(node);
            return;
        }

        // 如果节点父节点是黑色，直接返回
        if (isBlack(parent)) {
            return;
        }

        // 节点父节点是红色
        // 叔父节点
        Node<K, V> uncle = parent.sibling();
        // 祖父节点
        Node<K, V> grand = parent.parent;
        if (isRed(uncle)) {// 叔父节点是红色
            black(parent);
            black(uncle);
            // 把祖父节点当做是新添加的节点
            afterPut(red(grand));
            return;
        }

        // 叔父节点不是红色
        if (parent.isLeftChild()) {// L
            red(grand);
            if (node.isLeftChild()) {// LL
                // 让祖父节点进行单旋转，染成红色，让父节点成为中心，并染成黑色。
                black(parent);
            } else {// LR
                // 让祖父节点和父节点进行旋转，让新添加成员成为中心节点，染成黑色，祖父节点染成红色。
                black(node);
                rotateL(parent);
            }
            rotateR(grand);
        } else {// R
            red(grand);
            if (node.isLeftChild()) {// RL
                // 让祖父节点和父节点进行旋转，让新添加成员成为中心节点，染成黑色，祖父节点染成红色。
                black(node);
                rotateR(parent);
            } else {// RR
                // 让祖父节点进行单旋转，染成红色，让父节点成为中心，并染成黑色。
                black(parent);
            }
            rotateL(grand);
        }
    }

    // 左旋
    private void rotateL(Node<K, V> grand) {
        Node<K, V> parent = grand.right;
        Node<K, V> child = parent.left;
        grand.right = child;
        parent.left = grand;
        afterRotate(grand, parent, child);
    }

    private void afterRotate(Node<K, V> grand, Node<K, V> parent, Node<K, V> child) {
        // 让 parent 为子树的根节点
        parent.parent = grand.parent;
        // 将grand.parent的左或者右指针指向parent
        // 如果 grand 是其父节点的 left, 则将 grand.parent.left = parent;
        if (grand.isLeftChild()) {
            grand.parent.left = parent;
        } else if (grand.isRightChild()) {
            grand.parent.right = parent;
        } else {
            // 根节点
            root = parent;
        }

        // 更新 child 的 parent
        if (child != null) {
            child.parent = grand;
        }

        // 更新grand的parent
        grand.parent = parent;
    }

    // 右旋
    private void rotateR(Node<K, V> grand) {
        Node<K, V> parent = grand.left;
        Node<K, V> child = parent.right;
        grand.left = child;
        parent.right = grand;

        // 让 parent 为子树的根节点
        afterRotate(grand, parent, child);
    }

    /**
     * 给某个节点上色
     *
     * @param node
     * @param color
     * @return
     */
    private Node<K, V> color(Node<K, V> node, boolean color) {
        if (node == null) return node;
        // 强转为 RBNode
        node.color = color;
        return node;
    }

    /**
     * 将Node节点上色为红色
     *
     * @param node
     * @return
     */
    private Node<K, V> red(Node<K, V> node) {
        return color(node, RED);
    }

    /**
     * 将Node节点上色为黑色
     *
     * @param node
     * @return
     */
    private Node<K, V> black(Node<K, V> node) {
        return color(node, BLACK);
    }

    /**
     * 返回当前节点的颜色
     *
     * @param node
     * @return
     */
    private boolean colorOf(Node<K, V> node) {
        return node == null ? BLACK : node.color;
    }

    /**
     * 返回当前节点是否是黑色
     *
     * @param node
     * @return
     */
    private boolean isBlack(Node<K, V> node) {
        return colorOf(node) == BLACK;
    }

    /**
     * 返回当前节点是否是红色
     *
     * @param node
     * @return
     */
    private boolean isRed(Node<K, V> node) {
        return colorOf(node) == RED;
    }

    private void keyNotNullElement(K key) {
        if (null == key) {
            throw new IllegalArgumentException("key must not be null");
        }
    }

    /**
     * 红黑树的Node
     *
     * @param <K>
     * @param <V>
     */
    private static class Node<K, V> {
        K key;
        V value;
        boolean color = RED;

        public Node<K, V> left;
        public Node<K, V> right;
        public Node<K, V> parent;

        /**
         * 是否是叶子
         *
         * @return
         */
        public boolean isLeaf() {
            return left == null && right == null;
        }

        /**
         * 当前节点是否有两个孩子
         */
        public boolean hasTwoChildren() {
            return left != null && right != null;
        }

        public Node(K key, V value, Node<K, V> parent) {
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.parent = parent;
        }

        /**
         * 判断自己是否是左孩子
         *
         * @return
         */
        public boolean isLeftChild() {
            return parent != null && this == parent.left;
        }

        /**
         * 判断自己是否是右孩子
         *
         * @return
         */
        public boolean isRightChild() {
            return parent != null && this == parent.right;
        }

        /**
         * 获取兄弟节点。获取叔父节点：parent.isSibling();
         *
         * @return
         */
        public Node<K, V> sibling() {
            if (isLeftChild()) {
                return parent.right;
            }

            if (isRightChild()) {
                return parent.left;
            }

            return null;
        }
    }
}
